CN112010621B - 一种低成本高流动性的回填材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低成本高流动性回填材料及其制备方法，该回填材料采用包括以下重量份的原料制成：工程泥浆：100份，工程渣土：5～30份，生石灰：0.5～2.0份，再生细骨料：10～25份，粉煤灰：1.5～5.0份，磷石膏：2.5～8.0份，硫酸钠：0.2～0.7份，矿渣粉：3～12份。本发明以工程泥浆、工程渣土、再生细骨料及磷石膏等建筑及工业废弃物为主要原材料，提出一种经济适用且工作性良好的回填材料，不仅实现了建筑及工业废弃物的资源化利用，解决了回填材料紧缺的困境，同时还提高了回填工程的质量，为城市发展过程中遇到的垃圾围城与资源紧缺困境提供了新的解决方案，具有良好的社会、环境及经济效益。

Description

一种低成本高流动性的回填材料及其制备方法
技术领域
本发明属道路工程技术领域，具体涉及一种采用工程泥浆、工程渣土制备的低成本高流动性的回填材料及其制备方法。
背景技术
高速的城镇化建设为我国经济带来持续增长的同时，也使我国正面临着严峻的垃圾围城及资源紧缺等发展问题。如何安全、合理且有效的利用废弃物并减少对自然资源的依赖，将是我国实现可持续发展目标的关键。从发达国家较高的废弃物再生利用率及已有的研究应用报道来看，多数的建筑及工业废弃物具有较高的资源化利用价值。
工程泥浆是指钻孔桩基施工、地下连续墙施工及泥水盾构施工等产生的泥浆，以钻孔桩基施工为例，其泥浆产生量极大，一般为钻孔桩体积的3～5倍，而且工程泥浆含水率通常高于200％。目前针对泥浆的处理方法主要有泥浆压滤脱水及海洋倾倒等，这些方法不仅处理成本高且对环境破环大。与此同时，在城镇化建设过程中，各类建筑物、构筑物及管网等开挖还产生了大量工程渣土，这些工程弃土因为来源广、特性差异大及水稳定性差等原因，主要采取堆存或倾倒等处理方式，同样也存在占地及污染环境等问题。
磷石膏是湿法生产磷酸过程中排出的固体废弃物，是一种主要成分为二水硫酸钙的多组分复杂晶体，因此其特性与天然石膏存在一定差异。目前，我国的磷石膏年排放量已超过5000万吨，其堆存量更是超过数亿吨，但我国磷石膏的资源化利用率较低，若将其露天堆放不仅侵占了大量土地，还会对水体及大气产生污染。
与此同时，在城市建设过程中，诸如管网改造、管廊建设及桥台施工等项目均涉及回填施工，且这些回填部位具有空间狭窄的特点，常规压实设备难以进入，进而造成回填压实质量差并将在后期造成不均匀沉降等病害。此外，天然砂作为理想的回填材料因环保政策收紧，已难以购买且成本较高。因此，开发一种经济适用且施工效果良好的回填材料，是目前回填施工领域急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用工程泥浆、工程渣土制备的低成本高流动性回填材料及其制备方法，主要基于工程泥浆的大流动性、工程渣土的填充性及再生细骨料的骨架作用，辅以其它工业废弃物，组成具有水硬特性的复合胶凝体系，使最终混合物具有高流动性、适宜强度及综合成本低的特点，可作为回填项目的回填材料使用。
本发明的一种低成本高流动性回填材料，其特征在于，采用包括以下重量份的原料制成：
工程泥浆：100份，
工程渣土：5～30份，
生石灰：0.5～2.0份，
再生细骨料：10～25份，
粉煤灰：1.5～5.0份，
磷石膏：2.5～8.0份，
硫酸钠：0.2～0.7份，
矿渣粉：3～12份；
所述工程泥浆的含水率为200％～400％；工程泥浆含水率高，可为制备高流动性回填材料提供必要的水；
所述工程渣土的要求为：最大粒径小于10mm的细粒渣土，其塑性指数小于18且有机质含量不高于10％；不得使用耕植土、生活垃圾土、腐殖土、杂填土及受放射性、重金属或有机污染物等污染的工程渣土；工程渣土可改善拌合物级配，同时起到良好的填充作用，可减小回填材料的后期沉降；
所述生石灰的有效氧化钙和氧化镁总量应不少于70％；生石灰加入工程泥浆中遇水消化，通过电性中和作用加速了工程泥浆的絮凝沉淀，降低了工程泥浆含水率，进而提高回填材料强度，同时也为回填材料中各活性组分的水化反应提供了碱性环境；
所述再生细骨料为废弃砖块破碎筛分所得颗粒物，由2.36～4.75mm及0～2.36mm两级配组成，其中2.36～4.75mm粒径范围的颗粒含量为17％～29％；再生细骨料具有多孔易吸水特性，且强度较高，因此可减小回填材料的早期泌水，并在后期水化过程中提供水分，减小回填材料干燥收缩；
所述粉煤灰的等级应不低于II级；粉煤灰具有一定的火山灰活性且具有微球结构，不仅可改善回填材料的工作性，同时可参与后期水化反应，提高回填材料强度；
所述磷石膏为非煅烧磷石膏，在60℃以下烘干的粉料中CaSO4·2H2O含量不低于85％；磷石膏作为硫酸盐激发剂，同时又可与粉煤灰及矿渣粉中的活性硅氧组分及活性铝氧组分在碱性环境下发生反应，生成具有微膨胀特性的钙矾石及胶结作用显著的水化硅酸钙凝胶等物质，这些水化产物填充于颗粒间隙中，起到胶结作用，可提高回填材料强度并减小收缩；
所述硫酸钠为工业级产品；硫酸钠作为激发剂可提高体系的早期强度，保证回填施工后可尽快开展上部工序的施工，加快工程进度；所述矿渣粉应不低于S95级，矿渣粉作为主要的活性矿物组分，可在碱性环境和硫酸盐等的激发作用下快速发生水化反应，提高体系强度。
本发明所述的一种低成本高流动性回填材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将所述生石灰加入所述工程泥浆中并拌和均匀，消化5～15h后(优选消化6～9h)，排除泥浆上层清液；添加所述工程渣土，并不断搅拌至拌合物均匀；再添加所述再生细骨料、粉煤灰、磷石膏、硫酸钠及矿渣粉，并搅拌均匀即可得到本发明的低成本高流动性回填材料。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)以工程泥浆、工程渣土、再生细骨料及磷石膏等建筑及工业废弃物为主要原材料，提出一种经济适用且工作性良好的回填材料，不仅实现了建筑及工业废弃物的资源化利用，解决了回填材料紧缺的困境，同时还提高了回填工程的质量，为城市发展过程中遇到的垃圾围城与资源紧缺困境提供了新的解决方案，具有良好的社会、环境及经济效益。
(2)本发明产品具有大流动度、自流平、收缩小且强度可调等性能特点，适用于狭、长、深、异等空间的回填施工，不仅降低了施工难度，还可显著提高回填质量。
(3)本发明所用原材料简单易得，且制备工艺简单，所得产品可在施工项目现场及周边实现利用，推广应用潜力大。
具体实施方式
本技术领域的一般技术人员应当认识到本实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实施范围内对实施例进行变换、变型都可在本发明权利要求的范围内。
从工程实际应用角度出发，从某项目施工现场选取2种工程泥浆试样，记为NJ-1及NJ-2；另取现场不同开挖部位的工程渣土试样5种，分别记为ZT-1、ZT-2、ZT-3、ZT-4及ZT-5，对所取工程泥浆及工程渣土试样进行相关参数测定，结果如表1及表2所示。
表1工程泥浆含水率测试结果
序号 含水率(％)
NJ-1 263.2％
NJ-2 375.6％
表2工程渣土特性测试结果
序号 含水率(％) 塑性指数 有机质含量(％)
ZT-1 28.7 16.8 2.3
ZT-2 31.3 13.4 1.8
ZT-3 19.5 6.5 0.8
ZT-4 25.6 11.6 3.7
ZT-5 33.4 25.3 6.2
实施例1
一种低成本高流动性回填材料，采用包括以下重量份的原料制成：工程泥浆(NJ-1)100份，工程渣土(ZT-1)5份，生石灰0.5份，再生细骨料10份，II级粉煤灰1.5份，磷石膏2.5份，硫酸钠0.2份及S95级矿渣粉3份。其制备方法为：向工程泥浆(NJ-1)中加入生石灰并搅拌均匀，静置6h后排除上层清液；随后加入工程渣土(ZT-1)并继续搅拌均匀；最后，加入余下原材料并拌合均匀，得到流动性良好的拌合物，即为本发明产品，记为C1。
实施例2
一种低成本高流动性回填材料，采用包括以下重量份的原料制成：工程泥浆(NJ-1)100份，工程渣土(ZT-2)15份，生石灰0.9份，再生细骨料14份，II级粉煤灰3.0份，磷石膏4.0份，硫酸钠0.4份及S95级矿渣粉5份。其制备方法为：向工程泥浆(NJ-1)中加入生石灰并搅拌均匀，静置8h后排除上层清液，随后加入工程渣土(ZT-2)并继续搅拌均匀，最后，加入余下原材料并拌合均匀，得到流动性良好的拌合物，即为本发明产品，记为C2。
实施例3
一种低成本高流动性回填材料，采用包括以下重量份的原料制成：工程泥浆(NJ-2)100份，工程渣土(ZT-3)22份，生石灰1.4份，再生细骨料18份，I级粉煤灰4.0份，磷石膏6.0份，硫酸钠0.6份及S105级矿渣粉8份。其制备方法为：向工程泥浆(NJ-2)中加入生石灰并搅拌均匀，静置9h后排除上层清液，随后加入工程渣土(ZT-3)并继续搅拌均匀，最后，加入余下原材料并拌合均匀，得到流动性良好的拌合物，即为本发明产品，记为C3。
实施例4
一种低成本高流动性回填材料，采用包括以下重量份的原料制成：工程泥浆(NJ-2)100份，工程渣土(ZT-4)30份，生石灰2.0份，再生细骨料25份，I级粉煤灰5.0份，磷石膏8.0份，硫酸钠0.7份及S105级矿渣粉12份。其制备方法为：向工程泥浆(NJ-2)中加入生石灰并搅拌均匀，静置9h后排除上层清液，随后加入工程渣土(ZT-4)并继续搅拌均匀，最后，加入余下原材料并拌合均匀，得到流动性良好的拌合物，即为本发明产品，记为C4。
实施例5
一种低成本高流动性回填材料，采用包括以下重量份的原料制成：工程泥浆(NJ-2)100份，工程渣土(ZT-5)30份，生石灰2.0份，再生细骨料25份，I级粉煤灰5.0份，磷石膏8.0份，硫酸钠0.7份及S105级矿渣粉12份。其制备方法为：向工程泥浆(NJ-2)中加入生石灰并搅拌均匀，静置9h后排除上层清液，随后加入工程渣土(ZT-5)并继续搅拌均匀，最后，加入余下原材料并拌合均匀，得到流动性良好的拌合物，即为本发明产品，记为C5。
实施例6
一种低成本高流动性回填材料，采用包括以下重量份的原料制成：工程泥浆(NJ-2)100份，工程渣土(ZT-4)30份，生石灰2.0份，再生细骨料25份(其中2.36～4.75mm粒径范围的颗粒含量为35.7％)，I级粉煤灰5.0份，磷石膏8.0份，硫酸钠0.7份及S105级矿渣粉12份。其制备方法为：向工程泥浆(NJ-2)中加入生石灰并搅拌均匀，静置9h后排除上层清液，随后加入工程渣土(ZT-4)并继续搅拌均匀，最后，加入余下原材料并拌合均匀，得到流动性良好的拌合物，即为本发明产品，记为C6。
测试实施例
对实施例1～6的四组产品进行流动度及无侧限抗压强度测试，其中，流动度测试方法参照《混凝土外加剂匀质性试验方法》GB/T 8077-2012中相关规定进行，而无侧限抗压强度参照《公路土工试验规程》JTG E40-2007中相关规定进行，测试结果如表3所示。
表3实施例1～6产品流动度及强度测试结果
Figure BDA0002649473640000081
由表3可知，实施例1～4产品流动度大，工作性良好，且硬化后强度较高，可满足回填材料对工作性及强度的要求，产品性能良好。而与实施例4配比相同的实施例5与实施例6，由于C-5中所用工程渣土塑性指数高(25.3＞18)，有机质含量高6.2％，导致其产品流动度小，无侧限抗压强度低，而C-6则是所用再生细骨料级配差，2.36～4.75mm粒径范围的颗粒含量过大，导致其工作性差及强度降低。

Claims (6)

1.一种低成本高流动性回填材料，其特征在于，采用由以下重量份的原料制成：
工程泥浆：100份，
工程渣土：5～30份，
生石灰：0.5～2.0份，
再生细骨料：10～25份，
粉煤灰：1.5～5.0份，
磷石膏：2.5～8.0份，
硫酸钠：0.2～0.7份，
矿渣粉：3～12份；
所述工程渣土的要求为：最大粒径小于10mm的细粒渣土，其塑性指数小于18且有机质含量不高于10%；
所述再生细骨料为废弃砖块破碎筛分所得颗粒物，由2.36～4.75mm及0～2.36mm两级配组成，其中2.36～4.75mm粒径范围的颗粒含量为17%～29%。
2.根据权利要求1所述的低成本高流动性回填材料，其特征在于，所述工程泥浆的含水率为200%～400%。
3.根据权利要求1所述的低成本高流动性回填材料，其特征在于，所述生石灰的有效氧化钙和氧化镁总量不少于70%。
4.根据权利要求1所述的低成本高流动性回填材料，其特征在于，所述磷石膏为非煅烧磷石膏，在60℃以下烘干的粉料中CaSO4·2H2O含量不低于85%。
5.根据权利要求1所述的低成本高流动性回填材料，其特征在于，所述粉煤灰的等级应不低于II级；所述硫酸钠为工业级产品；所述矿渣粉应不低于S95级。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的低成本高流动性回填材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将所述生石灰加入所述工程泥浆中并拌和均匀，消化5～15h后，排除泥浆上层清液；添加所述工程渣土，并不断搅拌至拌合物均匀；再添加所述再生细骨料、粉煤灰、磷石膏、硫酸钠及矿渣粉，并搅拌均匀即可得到低成本高流动性回填材料。
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